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JVM笔记十一:虚拟机栈

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JVM笔记十一:虚拟机栈

虚拟机栈

由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。
优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。

有不少Java开发人员一提到Java内存结构,就会非常粗粒度地将JVM中的内存区理解为仅有Java堆(heap)和Java栈(stack)?为什么?
因为先学习了c和c++,而其主体上就是栈和堆。但java中却不是只有这两,还有其他组成,如:方法区(元空间)。只是这两个所占比例最大,占主导地位。

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位。
即:栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据(通过局部变量表,操作数栈)。堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。(主体数据在堆中放,对象都在堆中。栈中存基本数据类型和引用对象的地址。堆一般是最大的。)

一个线程对应一个栈,一个栈中有很多个栈桢,每一个栈桢就对应着一个方法。

Java虚拟机栈是什么?
Java虛拟机栈(Java Virtual Machine Stack) ,早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈,其内部保存一个个的栈帧(Stack frame) ,对应着一次次的Java方法调用。
是线程私有的

生命周期:

生命周期和线程一-致。
如当主线程结束后,栈也就结束了,被销毁了

作用

主管Java程序的运行,它保存方法的局部变量(8种基本数据类型、对象的引用地址)、部分结果,并参与方法的调用和返回。
局部变量 vs 成员变量(或属性)
基本数据变量 vs 引用类型变量(类、数组、接口)

栈的特点(优点)

栈是一种快速有效的分配存储方式,访问速度仅次于程序计数器。
JVM直接对Java栈的操作只有两个:
1.每个方法执行,伴随着进栈(入栈、压栈)
2.执行结束后的出栈工作
对于栈来说不存在垃圾回收问题,没有gc,只有oom,因为栈会溢出

队列 fifo 先进先出
栈 filo 先进后出
lifo 后进先出

栈中可能出现的异常

Java虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的。
如果采用固定大小的Java虚拟机栈,那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量,Java虚拟机将会抛出一个StackOverflowError异常。
如果Java虚拟机栈可以动态扩展,并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存,或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈,那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError 异常。

StackOverflowError

public class StackErrorTest {
	public static void main(String[] args) {
	main(args);
}

设置栈内存大小
我们可以使用参数 -Xss 选项来设置线程的最大栈空间,栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

//测试栈深度的代码
public class StackDeepTest{
	private static int count = 0;
	public static void recursion (){
		count++ ;
		recursion();
	}
	public static void main (String args [ ]){
	try{
		recursion();
	} catch (Throwable e){
		System. out.println("deep of calling =”+ count) ; 
		e.printStackTrace() ;
	}
}

填写-Xss参数的格式如下:
设置线程堆栈大小(以字节为单位)。附加字母k或k表示KB,m或m表示MB,g或g表示GB。默认值取决于平台:
如: -Xss256k

使用参数 -Xss 设置栈内存大小

如果没有vm options,进行如下操作



在VM options中填写参数即可设置栈大小

栈运行原理

栈中存储什么?
每个线程都有自己的栈,栈中的数据都是以栈帧(stack frame) 的格式存在。
在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧(Stack frame)。栈帧是一个内存区块,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各种数据信息。

JVM直接对Java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈,遵循“先进后出”,“后进先出”原则。
在一条活动线程中,一个时间点上,只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧(栈项栈帧)是有效的,这个栈帧被称为当前栈帧(Current frame) ,与当前栈帧相对应的方法就是当前方法(Current Method),定义这个方法的类就是当前类(Current Class)。
执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在栈的顶端,成为新的当前帧。

●不同线程 中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的,即不可能在-一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。
●如果当前方法调用了其他方法,方法返回之际,当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧,接着,虚拟机会丢弃当前栈帧,使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
●Java方法有两种返回函数的方式,一种是正常的函数返回,使用return指令;另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式,都会导致栈帧被弹出。

方法的结束方式分为两种:
③正常结束,以return为代表
②方法执行中出现未捕获处理的异常,以抛出异常的方式结束

一个栈帧的入栈对应着一个方法的调用,一个栈帧的出栈对应着一个方法的结束,该方法异常会返回给给方法的调用者

栈帧

每个栈帧中存储着:
●局部变量表(Local Variables)
●操作数栈(operand Stack) (或表达式栈)

●动态链接(Dynamic linking) ( 或指向运行时常量池的方法引用)
●方法返回地址(Return Address) ( 或方法正常退出或者异常退出的定义)

●一.些附加信息

局部变量表(Local Variables)

●局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
●定义为一个数字数组,主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量,这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用( reference),以及returnAddress类型。
●由于局部变量表是建立在线程的栈上,是线程的私有数据,因此不存在数据安全问题
●局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的,并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。 在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

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